金属部品の耐食性を高めるトップ5戦略

特定条件下では、最も強力な金属部品でも腐食に見舞われることがあります。腐食は金属が環境と反応する際に発生し、金属部品表面を金属酸化物、水酸化物、硫化物に変えます。

あらゆる金属がある程度の腐食を受ける可能性がありますが、反応する状況は金属によって異なります。重要なのは、腐食は適切な手順を踏めば多くの場合予防または最小化できることです。これら手順には適切な製品設計、材料選定、表面処理の適用が含まれます。

このガイドでは、CNC加工等の技術で製造される金属部品の腐食を低減する5つの最良の方法を紹介します。

腐食とは？

腐食は環境条件により精製金属が酸化物、水酸化物、硫化物形態に変わる自然プロセスです。

エンジニアリングの世界では、金属の電気化学的酸化（酸素や硫酸塩などの酸化剤と反応）が最も一般的で懸念される腐食形態であり、鉄の錆びはこのカテゴリーに属します。

一部の金属は空気中の水分にさらされるだけで容易に腐食し、他はより攻撃的な物質にさらされた時のみ被害を受けます。

腐食した金属は橙色の変色と粉末状の質感で認識されることが多々あります。

腐食防止

金属部品の腐食を防ぐ手順を取れます。これらの大半は製造前と製造中に実施しますが、使用開始後でも腐食を低減可能です。

これら手順を守っても部品に無限の寿命を保証するものではありませんが、潜在的腐食をある程度低減し、金属部品の適切な機能性と外観維持に役立ちます。

1. 耐食性金属を選択する

破壊不能な金属はありませんが、部品が水分や腐食性物質と接触するなら、耐食性金属を選ぶのが合理的です。

ステンレス鋼：ステンレス鋼には鉄が含まれ、酸化して錆になります。しかしクロム含有量が高い鋼（ステンレス鋼316など）は、クロムが部品表面に酸化クロム保護層を形成するため、錆びにくくなります。

アルミニウム：アルミニウムは鉄を含まないため錆びません。水分と接触すると部品表面に酸化アルミニウム保護層が形成され、腐食を防ぎます。

銅、青銅、真鍮：銅、青銅、真鍮のような赤色金属は鉄を最小限または全く含まず、錆びません。酸化銅は緑色のパティナを示し、美観上望ましくないかもしれませんが、銅部品を腐食から守ります。

2. 環境ダメージを最小化する部品設計

部品材料が耐食性に影響する一方で、形状とテクスチャも影響します。エンジニアはCAD設計作成時に、特定の設計機能が腐食を助長するか抑制するかを考慮すべきです。

水分や空気を閉じ込める特徴は避けるべきです。部品に水分が溜まる深い隙間を持たせず、可能なら通気を促進すべきです。部品が絶対に隙間、トンネル、その他脆弱点を含む必要がある場合、これら領域を少なくとも清掃・メンテナンスしやすくすべきです。

3. 耐食コーティングを施す

金属表面にコーティングを施せば、コーティング自体が剥がれない限り、空気、水分、その他腐食性物質が直接金属に触れられなくなるため腐食を防げます。コーティングは一定期間後に再施工可能で、部品状態を維持できます。

塗料と/またはプライマーは腐食防止のシンプルで安価な方法で、美観上の理由でも必要になる場合があります。粉体塗装もエポキシ、ナイロン等のプラスチック材料保護層を金属表面に形成できます。

一部金属では、ハードクロムメッキ（安価、良好な耐食性）やブラッククロムメッキ（高価、優秀な耐食性）の追加が好ましい場合があります。

4. 犠牲コーティングを施す

部品を耐食性にするもう一つの方法は、保護コーティングではなく犠牲コーティングを金属に施すことです。

犠牲コーティングの目的は腐食を完全に防ぐことではなく、コーティング自体を腐食させ、部品の基材を腐食から守ることです。だからこそ「犠牲」材料と呼ばれます。

犠牲材料の一例はステンレス鋼部品への亜鉛やマグネシウムです。完全に亜鉛でコーティングされた鋼はガルバニズド鋼（亜鉛めっき鋼）として知られ、ガルバニゼーションは陰極保護の一例です：鋼が電気化学セルの陰極になります。

しかし犠牲材料は必ずしもコーティングとして施す必要はなく、海洋産業では保護部品に接触させた亜鉛・マグネシウムブロックが同様の効果で使用されることもあります。

5. 部品周辺の環境を制御する

製造後ステップは製造前より実装が難しい場合がありますが、使用開始後でも腐食低減は可能です。

特定状況では、周囲環境の酸素や塩素等物質量を制御可能かもしれません。配置調整やバリア導入などで、部品が過剰な水分と接触しないよう防止することも可能かもしれません。

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